内上皮片上的图案形成。4-8 在这些例子中,外部或浅层的约束或限制是使更深层结构(在生理压缩下)继续正常发育的关键机械因素。9,10 通过结合实验和计算数据的“形态力学”方法,Taber 等人 11,12 发现鸡视杯形成过程中的内陷是由外胚层和细胞外基质等外部限制因素驱动的。在发育中的脊椎动物大脑中,最近已经探索了壁内细胞和组织力学。13,14 已经讨论了成长中的大脑对周围颅骨或颅腔形成的可能生物力学影响(在成骨细胞增殖和骨化等事件中,通过拉伸经历这些事件的细胞)。 15 相反,有人提出,骨化的头骨(作为硬囊)调节大脑形态,包括大脑皮层的脑回形成,16 尽管实验和数学研究表明脑回形成可能通过大脑固有的机制进行物理处理。17-19 先前关于哺乳动物大脑-头骨机械关系的研究主要集中在骨化/矿化发生后的阶段。在早期(即成骨前)阶段,对鸡胚进行的研究提出了一个模型,其中早期神经管弯曲的出现(最前端的前脑向腹侧弯曲的现象)可能是由腹侧底层脊索或前肠施加的可能物理限制来解释的,这些结构向前延伸的程度小于前脑,20,21
摘要 骨量下降与衰老和骨质疏松症有关,骨质疏松症是一种以骨骼逐渐衰弱和骨折发生率增加为特征的疾病。骨骼的生长和终生稳态依赖于不同细胞类型之间的相互作用,包括血管细胞和间充质基质细胞 (MSCs)。由于这些相互作用涉及 Notch 信号传导,我们探索了用分泌的 Notch 配体蛋白治疗是否可以增强成年小鼠的成骨作用。我们发现,一种靶向骨的、高亲和力的配体 Delta-like 4,称为 Dll4 (E12) ,可诱导雄性小鼠的骨形成,而不会对其他器官造成不良影响,因为已知这些器官依赖于完整的 Notch 信号传导。由于骨表面较低,从而导致 Dll4 (E12) 的保留减少,同样的方法无法促进雌性和卵巢切除小鼠的成骨作用,但与甲状旁腺激素结合可大大增强小梁骨形成。基质细胞的单细胞分析表明,Dll4 (E12) 主要作用于 MSC,对成骨细胞、内皮细胞或软骨细胞的影响相对较小。我们认为,通过骨靶向融合蛋白激活 Notch 信号可能具有治疗作用,并且可以避免对其他器官中 Notch 依赖性过程产生有害影响。
成骨细胞主要介导骨形成、维持骨结构和调节骨矿化,在骨重建中起重要作用。在过去的几十年里,细胞因子、信号蛋白和转录因子在成骨细胞中的作用得到了广泛的研究。然而,细胞的能量代谢是否可以通过这些因素来调节,从而影响成骨细胞的分化和功能,尚未得到深入探索。另外,信号和能量代谢途径并不是独立的,而是紧密相连的。虽然能量代谢是由信号通路介导的,但一些能量代谢中间体可以参与蛋白质的翻译后修饰。中间体的含量,如乙酰辅酶A (乙酰CoA)和尿苷二磷酸N-乙酰葡萄糖胺 (UDP-N-乙酰葡萄糖胺),决定了乙酰化和糖基化的程度,从而影响能量产生底物的可用性。细胞内代谢资源的利用以及细胞的存活、增殖、分化等都与代谢与信号通路的整合有关,本文就成骨细胞和骨髓间充质干细胞(BMSCs)中能量代谢通路与成骨信号通路的相互作用进行探讨。
在合成骨移植组中,材料中添加生物活性引起了外科医生的注意并扩大了其外科用途。特别是,许多以前的同种异体移植和生长因子使用者现在更喜欢先进的合成骨移植,因为它们提供了许多相同的好处,而没有 DBM 和生长因子产品通常具有的限制。DBM 是一种人体组织衍生材料,不同供体的活性可能不同,对加工敏感,并且保质期有限。在生长因子类别中,含有 BMP-2(骨形态发生蛋白 2)的产品与严重的临床并发症有关,包括肿胀、骨吸收和癌症风险增加(James,2016)。这是由于生长因子蛋白的效力及其对身体的系统性影响。
组织工程为细胞,脚手架和双分支机的组合提供了新的希望。这是通过模仿骨骼的自然行为来招募该细胞的分子机械来实现的。许多研究人员致力于开发具有特定特征的理想支架,例如良好的细胞粘附,细胞增殖,分化,宿主整合和负载轴承。已使用各种类型的涂料材料(有机和非有机物)来增强骨成骨。在过去几年中,RNA介导的基因疗法已引起人们的注意,作为骨再生的新工具。在这篇综述中,我们讨论了RNA分子在涂料和递送中的使用,包括信使RNA(mRNA),RNA干扰(RNAI)和长期非编码RNA(LNCRNA)在各种类型的支架(例如聚合物,陶瓷和金属)中的使用。此外,还讨论了使用基因编辑工具(尤其是CRISPR系统)指导骨再生中的RNA支架的效果。鉴于有关各种RNA涂层/表达的现有知识可能有助于了解骨整合过程中脚手架上的骨骼形成过程。
1 Nanjing鼓塔医院Nanjing医科大学,Nanjing,210008,中华人民共和国; 2国家运动医学和成人重建手术系药物生物技术的国家主要实验室,南京鼓塔医院,南京大学医学院分支机构,中华人民共和国210008; 3实验室中心,南京医科大学第二附属医院,南京,210029,中华人民共和国;中华人民共和国210008,南京医科大学的4个儿童医院; 5江苏口腔疾病主要实验室,牙周病学系,南京医科大学,南京医科大学,南京,中华人民共和国共和国; 6江苏州生物电子学的国家主要实验室,生物材料和设备的主要实验室,生物科学与医学工程学院,东南大学,南京,210009,中国人民共和国
CRISPR 系统提供了强大的基因组编辑工具,广泛应用于生物和医学研究领域。然而,由于 CRISPR 的脱靶效应而产生的安全问题一直是其应用于再生医学的主要障碍之一。传统的 CRISPR 系统存在通过错误的双链 DNA 断裂 (DSB) 在非目标基因组位点诱发不可预测突变的内在危险。在本研究中,我们展示了一种最近发现的 CRISPR-Cpf1 的安全增强应用,用于靶向基因激活,而不会导致 DNA 双链断裂,从而促进人脐带间充质干细胞 (UC-MSC) 的成骨分化。为此,我们开发了一种与三部分转录激活域 (dAsCpf1-VPR) 融合的催化无活性 AsCpf1,可诱导哺乳动物细胞中靶基因表达的上调。我们观察到 CRISPR-dAsCpf1-VPR 激活剂可通过增加内源性 BMP4 基因的表达水平来增强人类 UC-MSCs 的成骨分化。结果表明 CRISPR-Cpf1 激活剂为骨再生和再生医学提供了多种方法。
骨髓 - 衍生的间充质干细胞(MSC)在其小众中存在的信号刺激后分化为成骨细胞。由于与MSC的成骨细胞(OB)分化相关的全局信号传导级联反应没有很好地定义,因此我们使用定量质谱法来描述人类MSC蛋白质组和磷酸化型的变化。6252蛋白和15,059个磷光位点的时间曲线表明至少两个不同的信号传导波:刺激后30至60分钟内的一个峰值在30至60分钟内峰值,在24小时后进行了第二次升高。除了在早期MSC分化过程中提供蛋白质组和磷酸蛋白质组动力学的全面视图外,我们的分析还确定了丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶D1(PRKD1)在OBS中的关键作用。在OB分化开始时,PRKD1通过触发组蛋白脱乙酰基酶HDAC7的磷酸化和核排除来启动促稳态转录因子Runx2的激活。